一种聚脲轻质抗爆复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于弹性聚脲复合材料技术领域，具体地说，涉及一种聚脲轻质抗爆复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前抗爆抗冲击材料又是在我国日常生活使用之中必不可缺的一部分，现如今各种新兴材料接踵而至，然而聚脲在抗爆抗冲击材料成为了炙手可热的研究对象。
3.由于聚脲具有质量轻，高强度，高伸长率，无毒无污染和造价低等特点，在施工方面及其简单方便，并在短时间内固化达到初始强度，进而在其他领域及日常生活中出现频率极高。目前在任意材料表面上均可喷涂上聚脲涂层，均可达到质量轻和高强度的优异特性。有机玻璃pmma同属于高分子材料，较钢化玻璃而言具有质量更轻，强度相似，无毒造价更低等特点因此在日常生活之中作为抗爆抗冲击材料有庞大的实际用途。
4.在防爆玻璃的制造中，传统主要是以钢化玻璃为主，由于钢化玻璃自身质量大，制造工艺繁琐且需按照既定尺寸进行切割制造，稍有不慎造成大量材料浪费，使得无法在小型物品上进行使用，适用范围完全受限，无法满足整体质量轻、强度高和适用范围更加广泛的需求。因此如何提供质量轻强度高、抗爆性能好且适用范围更广的弹性聚脲复合材料，是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的所要解决的技术问题在于提供一种质量轻、防爆性能高的聚脲轻质抗爆复合材料及其制备方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种聚脲轻质抗爆复合材料，包括基板，所述基板的至少一个表妹涂覆有弹性聚脲涂料层，所述弹性聚脲涂料层的制备原料包括异氰酸酯和氨基化合物。
7.具体的，所述异氰酸酯与所述氨基化合物的质量比为1:1.05~1.1。
8.优选的，所述基板的厚度为4~8mm，所述弹性聚脲涂料层的厚度为4~8mm。
9.具体的，所述基板由具备防爆性能的材料制成，包括pmma材料。
10.本发明还公开了一种制备上述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，包括如下步骤：基板处理，对基板进行表面打磨，随后进行清洗干燥，获得基板；弹性聚脲涂料制备，按质量比取异氰酸酯和氨基化合物，进行均匀混合，获得弹性聚脲涂料；喷涂，将弹性聚脲涂料放入喷涂机中，随后采用喷涂机对基板的至少一个表面喷涂弹性聚脲涂料；固化，对喷涂完成后的基板进行表面固化，获得聚脲轻质抗爆复合材料。
11.具体的，所述基板处理步骤中还包括有如下步骤：
基板打磨，采用200~800目的砂纸对基板的表面进行打磨处理；基板清洗，采用无水乙醇对经过打磨处理后的基板进行清洗除污；基板干燥，将清洗后的基板进行自然干燥，干燥时间为3~5min，获得处理完成的基板。
12.优选的，所述喷涂步骤中，喷涂机的喷涂压力为1800~3000psi，喷涂温度为55~80℃。
13.具体的，所述固化步骤中，固化时间为15~30s，固化方式为自然固化。
14.本发明具有以下有益效果：通过对基板表面进行打磨清洁，再将聚脲喷涂在打磨后的基板表面上，进而能够提高待涂覆材料和聚脲弹性涂料层之间的包覆能力和粘接能力，同时还能避免聚脲弹性涂料层和材料之间出现气泡，从而能防止起泡和鼓包的现象产生，使得聚脲弹性涂料层均匀的铺设在待涂覆材料的表面，从而能使得结合体材料质量轻且粘结完成后抗爆性能好、强度高，有效的提高整体材料的防爆性能。本发明所提供的制备方法简单方便，无污染，实用性强、绿色环保，生产成本低。
附图说明
15.图1为本发明一种聚脲轻质抗爆复合材料的单面喷涂结构示意图。
16.图2为本发明一种聚脲轻质抗爆复合材料的双面喷涂结构示意图。
17.图3为本发明一种聚脲轻质抗爆复合材料的单面喷涂产品的显微结构图。
18.图4为本发明实施例1~9的实验模拟结果图。
19.附图中各序号表示的意义如下：1基板，2弹性聚脲涂料层。
实施方式
20.下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
21.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
22.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
23.本发明公开一种聚脲轻质抗爆复合材料如图1~3所示，包括基板，所述基板的至少一个表妹涂覆有弹性聚脲涂料层，所述弹性聚脲涂料层的制备原料包括异氰酸酯和氨基化合物。其中，氨基化合物组分为端氨基聚醚和液态氨类扩链剂。
24.具体的，所述异氰酸酯与所述氨基化合物的质量比为1:1.05~1.1。通过控制弹性聚脲涂料层的原料比例，能够能使得异氰酸酯和氨基化合物之间反应生成弹性聚脲涂料，从而能在基板表面形成大量的弹性聚脲材料，使得弹性聚脲涂料层成型完全。其中，所述异氰酸酯和所述氨基化合物的质量之比可以是1:1.05，也可以是1:1.08，也可以是1:1.09，还可以是1:1.1。控制异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.05～1.1的范围内，能保证喷
涂效果均匀，不易发泡性能优异；当质量比的取值大于或小于该范围的端点值，一定程度上会导致聚脲复合涂层的性能差别大，时好时坏，易于空气中的水发生反应，容易产生气泡。
25.优选的，所述基板的厚度为4~8mm，所述弹性聚脲涂料层的厚度为4~8mm。基板的厚度控制在该范围内，能使得涂覆了聚脲复合涂层的pmma基板达到最优的防护效果，当厚度的取值大于或小于该范围的端点值，一定程度上会导致当基板的厚度小于4mm时会导致基板过薄大幅度降低一定的防护效果或当基板的厚度大于8mm时虽然对抗爆性能优异但在质量方面会逐渐提升许多且并不经济。弹性聚脲涂料层的厚度控制在该范围内，能使得涂覆了聚脲复合涂层的基板达到最优的防护效果，当厚度的取值大于或小于该范围的端点值，一定程度上当聚脲弹性涂料层的厚度小于4mm时会大幅度降低一定的防护效果或当聚脲弹性涂料层的厚度大于8mm时对基板的防护效果不会明显增强且并不经济。
26.具体的，所述基板由具备防爆性能的材料制成，包括pmma材料。也可以是陶瓷基板和防爆钢化玻璃基板等具有防爆性能的材料，但重量相对来说，将较重。
27.本发明创新的基础在于：聚脲喷涂是将异氰酸酯组分与组分氨基化合物组分使用抽料泵注入高温高压喷涂枪内，根据异氰酸酯组分与氨基化合物组分产生高温高压雾化反应，采用高温高压喷涂枪将聚脲涂层喷涂在基板材料表面上，结合不同的喷涂温度及喷涂压力组合。由于聚脲材料本身氨基类活性极高，在10-15 s内就能固化成型，达到初始强度。聚脲材料涂层不仅在耐腐、耐磨、耐老化方面具有巨大的应用，现将聚脲弹性涂料用于pmma板上以提高超强板的抗冲击性能是可行的。但是由于聚脲弹性涂料用于不同基板材料上容易因极性不同产生起泡和鼓包的现象，会影响复合材料的抗冲击性能，又由于pmma材料也属于高分子材料，因此两者结合后会具有优异的粘结性能，在两者结合中无裂缝及气泡现象存在，进而提高抗爆抗冲击性能。
28.本发明实施例1的一种聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，用于制备上述一种聚脲轻质抗爆复合材料，包括如下步骤：基板处理，对基板进行表面打磨，随后进行清洗干燥，获得基板；具体的，包括：基板打磨，采用200~800目的砂纸对基板的表面进行打磨处理；基板清洗，采用无水乙醇对经过打磨处理后的基板进行清洗除污；基板干燥，将清洗后的基板进行自然干燥，干燥时间为3~5min，获得处理完成的基板。通过控制砂纸对pmma基板的打磨粗糙程度，将pmma基板进行打磨之后，使得基板具有一定的粗糙程度，利用粗糙程度使得pmma基板和弹性聚脲涂料层之间粘接牢固。在本实施例中，控制基板的粗糙程度的范围，使得弹性聚脲材料与pmma间粘结性更高；当粗糙程度的取值大于或小于该范围的端点值，一定程度上会导致产生聚脲材料气泡鼓包或者粘结程度较低。通过打磨以及清洗后，能够保证基板表面具有足够的粗糙程度并保证表面整洁，为后续喷涂提供了更好的粘合度。本实施例中采用400目砂纸进行打磨。
29.弹性聚脲涂料制备，按质量比取异氰酸酯和氨基化合物，进行均匀混合，获得弹性聚脲涂料；优选的本实施例中的异氰酸酯和氨基化合物的质量比为1:1.08。
30.喷涂，将弹性聚脲涂料放入喷涂机中，随后采用喷涂机对基板的至少一个表面喷涂弹性聚脲涂料；优选的，所述喷涂步骤中，喷涂机的喷涂压力为1800~3000psi，喷涂温度为55~80℃。具体的，本实施例中使用 最优参数为，喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。
31.固化，对喷涂完成后的基板进行表面固化，获得聚脲轻质抗爆复合材料。具体的，
所述固化步骤中，固化时间为15~30s，固化方式为自然固化。本实施例中获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为4mm，弹性聚脲涂料层为4mm。
32.本实施例2与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为6mm，弹性聚脲涂料层为4mm。
33.本实施例3与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为8mm，弹性聚脲涂料层为4mm。
34.本实施例4与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为4mm，弹性聚脲涂料层为6mm。
35.本实施例5与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为4mm，弹性聚脲涂料层为8mm。
36.本实施例6与实施例2基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为6mm，弹性聚脲涂料层为6mm。
37.本实施例7与实施例2基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为6mm，弹性聚脲涂料层为8mm。
38.本实施例8与实施例3基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为8mm，弹性聚脲涂料层为6mm。
39.本实施例9与实施例3基本相同，区别之处在于：本实施例中基板粗糙程度为400目，采用400目砂纸打磨。异氰酸酯和氨基化合物的质量之比为1:1.08。采用的喷涂压力为2500psi，喷涂温度为70℃。获得的聚脲轻质抗爆复合材料中基板的后为8mm，弹性聚脲涂料层为8mm。
40.对上述实施例1~9的产品进行检测，检测各个实施例中制品的抗冲击强度数据，采用ansya/autodyn实验模拟软件进行检测，通过测试炸药在爆炸时，对聚脲轻质抗爆复合材料的冲击力，获得的检测数据如下表，具体检测图像如图4。
41.表一 实施例1-9形变尺寸从上表与图4的实验模拟结果，可以看出，本发明所获的聚脲轻质抗爆复合材料的
抵抗外界爆炸冲击性能，复合材料变形越大说明抗冲击性能越差，复合材料变形越小说明抵抗冲击性能越优异，因此弹性聚脲涂层能有效提升基板的抗冲击效果。
42.随着聚脲弹性涂料层厚度的提升，聚脲轻质抗爆复合材料受到冲击后形变量显著显小，当弹性聚脲涂层达到8mm时抗冲击性能最优异，但当弹性聚脲涂层在8mm后，只对抗冲击性能只有一点点提升，并不能带来大幅提升，进而造成材料浪费成本增加且厚度质量增加。
43.随着基板厚度的增加，对抗冲击性能也带来明显提升，因此提升基板的厚度也会对复合材料抗冲击性能显著提升，从实验结果来看，在0.3ms时主要由聚脲抵抗炸药带来的爆炸冲击，对pmma基板保护更优，对pmma基板带来有利影响。
44.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种聚脲轻质抗爆复合材料，包括基板，其特征在于：所述基板的至少一个表妹涂覆有弹性聚脲涂料层，所述弹性聚脲涂料层的制备原料包括异氰酸酯和氨基化合物。2.根据权利要求1所述的聚脲轻质抗爆复合材料，其特征在于：所述异氰酸酯与所述氨基化合物的质量比为1:1.05~1.1。3.根据权利要求1所述的聚脲轻质抗爆复合材料，其特征在于：所述基板的厚度为4~8mm，所述弹性聚脲涂料层的厚度为4~8mm。4.根据权利要求1-3任意一项所述的聚脲轻质抗爆复合材料，其特征在于：所述基板由具备防爆性能的材料制成，包括pmma材料。5.一种制备如权利要求1~4任意一项所述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：基板处理，对基板进行表面打磨，随后进行清洗干燥，获得基板；弹性聚脲涂料制备，按质量比取异氰酸酯和氨基化合物，进行均匀混合，获得弹性聚脲涂料；喷涂，将弹性聚脲涂料放入喷涂机中，随后采用喷涂机对基板的至少一个表面喷涂弹性聚脲涂料；固化，对喷涂完成后的基板进行表面固化，获得聚脲轻质抗爆复合材料。6.根据权利要求5所述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，其特征在于，所述基板处理步骤中还包括有如下步骤：基板打磨，采用200~800目的砂纸对基板的表面进行打磨处理；基板清洗，采用无水乙醇对经过打磨处理后的基板进行清洗除污；基板干燥，将清洗后的基板进行自然干燥，干燥时间为3~5min，获得处理完成的基板。7.根据权利要求5所述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，其特征在于：所述喷涂步骤中，喷涂机的喷涂压力为1800~3000psi，喷涂温度为55~80℃。8.根据权利要求5所述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法，其特征在于：所述固化步骤中，固化时间为15~30s，固化方式为自然固化。

技术总结
本发明公开了一种聚脲轻质抗爆复合材料，包括基板，所述基板的至少一个表妹涂覆有弹性聚脲涂料层，所述弹性聚脲涂料层的制备原料包括异氰酸酯和氨基化合物。本发明还公开了一种制备上述聚脲轻质抗爆复合材料的制备方法。本发明的一种聚脲轻质抗爆复合材料及其制备方法通过对基板表面进行打磨清洁，再将聚脲喷涂在打磨后的基板表面上，进而能够提高待涂覆材料和聚脲弹性涂料层之间的包覆能力和粘接能力，同时还能避免聚脲弹性涂料层和材料之间出现气泡，从而能防止起泡和鼓包的现象产生，使得聚脲弹性涂料层均匀的铺设在待涂覆材料的表面，从而能使得结合体材料质量轻且粘结完成后抗爆性能好、强度高，有效的提高整体材料的防爆性能。防爆性能。防爆性能。


技术研发人员：胡家念 张浩天 陈翔 李一迪 杨刚
受保护的技术使用者：化学与精细化工广东省实验室潮州分中心
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/2